KR200218404Y1 - Multi-nozzle Gas Sprayer for Spray Casting - Google Patents
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Abstract
본 고안은 가스분무기를 스캔(scan)하지 않고도 봉상 빌렛을 분무 주조할 수 있도록 된 분무주조용 다중노즐 가스분무장치에 관한 것으로, 금속용탕을 고압의 가스로 분무화함으로서 회전하는 기판에 적층시켜 합금 성형체를 제조하는 분무주조장치에 있어서, 용탕 턴디쉬(100)의 하부에는 상기 기판(140)의 회전중심에 대한 서로 다른 반경을 가지며 가스노즐을 갖춘 다수개의 용탕 오리피스(101)를 고정하여 설치하며, 상기 가스노즐중 가장 외측에 위치하는 것은 중앙부측으로 경사를 형성하여 가스를 분사하도록 설치하고, 다른 것들은 직하부측으로 가스를 분사하도록 함을 특징으로 한다.The present invention relates to a multi-nozzle gas spray device for spray casting, which enables to spray-cast a billet billet without scanning a gas atomizer. The alloy is formed by laminating a molten metal onto a rotating substrate by atomizing the molten metal with a high-pressure gas. In the spray casting apparatus for manufacturing a molded body, the lower portion of the molten tundish 100 has a different radius with respect to the center of rotation of the substrate 140 and fixed to install a plurality of molten orifices 101 with a gas nozzle The outermost of the gas nozzles is installed to inject gas by forming an inclination toward the center portion, and the other ones are configured to inject gas to the lower side.
Description
본 고안은 분무주조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스분무기를 스캔(scan)하지 않고도 봉상 빌렛을 분무 주조할 수 있도록 된 분무주조용 다중노즐 가스분무장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spray casting apparatus, and more particularly, to a spray nozzle multi-nozzle gas spraying apparatus capable of spray casting rod-shaped billets without scanning the gas sprayer.
분무주조 공정은 금속용탕을 고압의 가스로 분무화(atomization)시킨 후, 낙하하는 미세한 분무액적을 반응고 상태로 하부의 회전기판(rotating substrate)에 적층시켜 봉상의 합금 성형체를 제조할 수 있는 최신 합금 제조방법이다.In the spray casting process, a molten metal molten metal is atomized with a high-pressure gas, and then a fine spray droplet falling is laminated on a lower rotating substrate in a reaction state to produce a rod-shaped alloy molded body. Alloy production method.
봉상의 합금 성형체를 얻기 위하여는 가스분무기를 얻고자 하는 봉상 직경에 따라 운동(주사 또는 진동)시켜야 하며, 이를 위하여 캠 장치를 이용하고 있다.In order to obtain a rod-shaped alloy molded body, it is necessary to move (scan or vibrate) according to the rod diameter to obtain a gas atomizer, and a cam device is used for this purpose.
일반적으로 성형체의 형상은 주사각도(scan angle) 및 캠 프로파일(cam profile)의 조합에 의하여 결정되어지기 때문에 실제 조업에 있어 최적의 조건을 찾는 것은 매우 곤란하다.In general, since the shape of the molded body is determined by a combination of a scan angle and a cam profile, it is very difficult to find an optimal condition in actual operation.
이와같이 분무주조 공정에 있어 기판위에 시간당 적층되는 분무용턍의 양은 성형체의 형상, 크기 및 최종 미세조직에 결정적인 영향을 미치므로 기판 반경에 따른 분무용탕의 적층속도제어는 필수적이다.Thus, in the spray casting process, the amount of sprayed molten metal deposited on the substrate per hour has a decisive effect on the shape, size and final microstructure of the molded body.
도 1에는 미국특허 제 4,905,899호(1990년), 제 4,938,275호(1990년)에 개시된 종래의 분무주조용 주사식 가스분무기의 개념을 나타낸 구성도로서, 금속용탕이 턴디쉬하부의 용탕 오리피스(1)를 통하여 하부로 흘러 나올 때 고압가스 공급관(2)과 연결된 가스분사기(3)에서 고속의 가스 제트가 나와 낙하하는 용탕을 분무화시킨다. 이때 캠(4)의 회전운동은 좌우 왕복운동아암(5)의 왕복운동으로 변화하며, 이때 운동전달 플레이트(6)는 진동운동을 하여 플레이트(6)와 연결된 고압가스 공급관(2)이 회전 진동 운동을 하게 된다. 최종적으로 고압가스 공급관(2)과 고정된 가스분사기(3)가 진동하며 용탕분무(7)를 주사하게 되며, 하부의 회전기판(8) 위에 분무액적이 적층되어 봉상 성형체(9)가 성장하게 된다. 이때 기판의 중심에서는 주사속도가 매우 빠르고, 반면에 기판의 외곽으로 갈수록 주사속도가 점차 감소해야만 봉상 성형체를 제조할 수 있다. 즉, 기판 중심에 유입된 분무용탕의 양은 적어야 하며, 기판 반경이 증가함에 따라 적층되는 분무용탕의 양을 증가시켜야 한다.1 is a block diagram showing the concept of a conventional spray casting injectable gas sprayer disclosed in US Patent Nos. 4,905,899 (1990) and 4,938,275 (1990). When flowing out through the bottom), the high-speed gas jet comes out from the gas injector (3) connected to the high-pressure gas supply pipe (2) to atomize the molten metal that falls. At this time, the rotational motion of the cam 4 is changed to the reciprocating motion of the left and right reciprocating arm 5, and the motion transfer plate 6 vibrates so that the high-pressure gas supply pipe 2 connected to the plate 6 rotates. You exercise. Finally, the high-pressure gas supply pipe 2 and the fixed gas injector 3 vibrate to scan the molten metal spray 7, and spray droplets are stacked on the lower rotating substrate 8 to grow the rod-shaped molded body 9. do. At this time, the scanning speed is very fast at the center of the substrate, whereas the scanning speed may gradually decrease as it goes to the outside of the substrate to manufacture the rod-shaped molded product. That is, the amount of sprayed melt flowing into the center of the substrate should be small, and the amount of sprayed molten metal should be increased as the substrate radius increases.
이러한 종래의 장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.This conventional device has the following problems.
첫째, 봉상 성형체 제조를 위해서 가스분무기를 주사하기 위한 캠 구동장치가 필요하여 장치가 복잡하고 제작비용이 상승하게 된다.First, a cam drive device for injecting a gas atomizer is required for the manufacture of rod-shaped bodies, which increases the complexity of the device and increases manufacturing costs.
둘째, 캠의 프로파일은 이론적으로 계산이 불가능하여 설계상의 어려움이 있으며 조업을 통하여 수많은 캠 프로파일의 수정을 거쳐야만 조업에 적용이 가능하게 된다.Second, the cam profile is theoretically impossible to calculate, and there is a design difficulty, and the cam profile can be applied to the operation only after numerous cam profiles have been modified through the operation.
셋째, 주사식 가스분무조업의 경우 장치의 특성상 기판의 중심쪽으로 필요이상의 분무용탕이 유입되기 때문에 성형체의 형상제어가 비교적 어렵다.Third, in the case of the scanning gas spraying operation, the shape control of the molded body is relatively difficult because more than necessary spray molten metal flows into the center of the substrate due to the characteristics of the apparatus.
넷째, 가스분무시 분사가스가 용탕에 대해서 빠른 속도로 주사되기 때문에 분무된 액적의 압도가 고르지 않으며, 이것은 최종 성형체의 미세조직 불균일성을 조장할 우려가 있게 된다.Fourth, since the sprayed gas is injected to the molten metal at a high speed during spraying, the pressure of the sprayed droplets is uneven, which may promote microstructure non-uniformity of the final molded product.
다섯째, 종래의 주사식 가스 분무기는 스캔 각도에 제한이 있어 대구경 빌렛의 제조가 곤란한 단점이 있다.Fifth, the conventional injection gas nebulizer has a disadvantage in that it is difficult to manufacture a large-diameter billet because of the limitation on the scanning angle.
여섯째, 종래의 주사식 가스분무기는 한 개의 용탕 오리피스를 이용하기 때문에 조업 생산성이 낮은 문제점을 갖고 있다.Sixth, the conventional injection gas sprayer has a problem of low productivity due to the use of one molten orifice.
본 고안은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 분무주조 장치에서 가스분무기를 스캔하지 않고서도 봉상 성형체를 제조할 수 있고, 스캔 운동의 제거로 인한 빌렛 제조 공정 제어가 용이하며, 종래의 기술로는 제조가 곤란한 대구경 빌렛의 제조가 가능하고, 다중 용탕 오리피스를 적용함으로서 작업 생산성을 향상시킬 수 있는 분무주조용 다중노즐 가스분무장치를 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve such a conventional problem, and its object is to produce a rod-shaped body without scanning the gas atomizer in the spray casting device, and to easily control the billet manufacturing process due to the elimination of the scan motion. In addition, it is possible to manufacture a large-diameter billet, which is difficult to manufacture by the conventional technology, and to provide a multi-nozzle gas spraying device for spray casting, which can improve work productivity by applying a multi-melt orifice.
제1도는 종래기술에 따른 분무주조용 주사식 가스분무장치를 도시한 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram showing an injection gas spray apparatus for spray casting according to the prior art.
제2도는 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치를 도시한 개략 구성도.2 is a schematic configuration diagram showing a multi-nozzle gas spray device for spray casting according to the present invention.
제3도는 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치의 각 가스노즐의 위치를 결정하는 방법에 대한 설명도이다.3 is an explanatory diagram for determining a position of each gas nozzle of the multi-nozzle gas spray device for spray casting according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 용탕 턴디쉬 101 : 용탕 오리피스100: melt tundish 101: melt orifice
110 : 가스노즐 111 : 용탕 스프레이110: gas nozzle 111: melt spray
120 : 가스노즐 121 : 용탕 스프레이120: gas nozzle 121: melt spray
122 : 가스제트 130 : 빌렛122: gas jet 130: billet
140 : 회전기판 R : 빌렛의 반경140: rotating substrate R: radius of the billet
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 고안은, 금속용탕을 고압의 가스로 분무화함으로서 회전하는 기판에 적층시켜 합금 성형체를 제조하는 분무주조장치에 있어서, 용탕 턴디쉬의 하부에는 상기 기판의 회전중심에 대한 서로 다른 반경을 가지며 가스노즐을 갖춘 다수개의 용탕 오리피스를 고정하여 설치하며, 상기 가스노즐중 가장 외측에 위치하는 것은 중앙부측으로 경사를 형성하여 가스를 분사하도록 설치하고, 다른 것들은 직하부측으로 가스를 분사하도록 함을 특징으로 하는 분무주조용 다중노즐 가스분무장치를 마련함에 의한다.As a technical configuration for achieving the above object, the present invention is a spray casting device for manufacturing an alloy molded body by laminating a molten metal with a high-pressure gas to a rotating substrate, the lower portion of the melt tundish substrate A plurality of molten orifices having gas nozzles are fixed and installed with different radii about the center of rotation, and the outermost ones of the gas nozzles are installed to inject gas by forming an inclination toward the center part, and the others are directly By providing a multi-nozzle gas spraying device for spray casting, characterized in that to inject the gas to the lower side.
이하, 본 고안을 도면에 따라서 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치가 도시되어 있다.Figure 2 is a multi-nozzle gas spraying device for spray casting according to the present invention is shown.
이는 종래와 같은 주사식 가스분무장치와는 달리 스캔을 위한 기계적 장치가 필요 없으며, 용탕 턴디쉬(100)의 밑면에 여러개의 용탕 오리피스(101)와 가스노즐(110), (120)을 장착한 것을 특징으로 한다.Unlike the conventional injection gas spray device, it does not require a mechanical device for scanning, and has a plurality of molten orifices 101 and gas nozzles 110 and 120 mounted on the bottom of the molten tundish 100. It is characterized by.
턴디쉬(100)에 부어진 금속용탕은 용탕 오리피스(101)를 통해서 하부로 유출되며, 이때 가스노즐(110)을 통해 분사되는 고속의 가스에 의해서 상기 금속용탕은 분무화된다.The molten metal poured into the tundish 100 flows out downward through the molten orifice 101, and the molten metal is sprayed by the high-speed gas injected through the gas nozzle 110.
각각의 가스분사기는 회전 기판(140)의 각기 다른 반경을 향해 분무액적을 적층시키며, 빌렛(130)의 형상은 용탕 스프레이(111), (121)가 성장하는 빌렛 위의 어느 위치에 적층되는가에 따라 결정된다.Each gas injector deposits spray droplets toward different radii of the rotating substrate 140, and the shape of the billet 130 is defined in which position on the billet where the molten sprays 111 and 121 are grown. Is determined accordingly.
빌렛의 성장 높이를 같도록 하기 위하여는 기판의 중심측으로 용탕이 적게, 또한 반경이 커짐에 따라 적층되는 용탕의 양이 많아져야 한다.In order to make the growth height of the billet the same, the amount of molten metal to be deposited increases as the number of molten metal becomes smaller and the radius increases toward the center of the substrate.
원형 기판의 경우, 적층높이를 균일하게 하기 위하여는 기판의 가장자리측으로 갈수록 분무액적의 양이 많아지도록 가스노즐(110)의 스프레이 위치(111)를 결정하여야 한다.In the case of a circular substrate, in order to make the stacking height uniform, the spray position 111 of the gas nozzle 110 should be determined so that the amount of spray droplets increases toward the edge of the substrate.
본 고안의 경우, 분무액적이 기판에 대해서 수직으로 적층되어지기 때문에 적층 회수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In the present invention, since the spray droplets are stacked vertically with respect to the substrate, there is an advantage of improving the stacking recovery rate.
그러나, 모든 스프레이가 기판에 수직으로 떨어져 적층되면 빌렛 가장자리 표면에는 기공이 생성되어 최종 빌렛의 품질을 저하시킨다.However, when all the spray is deposited perpendicular to the substrate, pores are created on the billet edge surface, which degrades the quality of the final billet.
그러므로, 가스노즐중에서 빌렛의 가장 가장자리측을 향하는 가스노즐(120)을 경사지게 하여 스프레이(121)를 수직방향에서 10∼20°정도 경사를 가지게 하는 것이 중요하다.Therefore, it is important to incline the gas nozzle 120 toward the edge of the billet in the gas nozzle so that the spray 121 is inclined by about 10 to 20 degrees in the vertical direction.
이와같이 하여 빌렛의 가장자리 표층부에 생성되는 기공을 효과적으로 방지할 수 있다.In this way, pores generated in the edge surface layer portion of the billet can be effectively prevented.
도 3은 균일한 빌렛 성장높이를 얻기 위하여 본 고안에 따른 가스노즐의 위치를 결정하는 방법을 설명하고 있다.Figure 3 illustrates a method of determining the position of the gas nozzle according to the present invention to obtain a uniform billet growth height.
3개의 가스노즐(110), (120)을 적용하는 경우, 가스노즐은 턴디쉬(100) 하부에 장착되어 각 스프레이(111), (121)가 적층되는 빌렛(130) 상부의 위치가 빌렛을 기준으로 반경이 r1, r2및 r3가 되도록 한다. 이때 빌렛의 성장높이를 일정하게 하기 위해서는 빌렛의 가장자리로 갈수록 더 많은 스프레이가 적층될 수 있도록 하여야 한다.When three gas nozzles 110 and 120 are applied, the gas nozzles are mounted under the tundish 100 so that the positions of the billets 130 on which the sprays 111 and 121 are stacked are positioned at the top of the billet 130. By reference, the radius is r 1 , r 2 and r 3 . At this time, in order to make the growth height of the billet constant, more spray should be deposited toward the edge of the billet.
빌렛의 가장자리에 위치하는 스프레이의 용탕 유출량을 크게 하여 빌렛의 성장속도를 균일하게 만들 수 있지만, 이렇게 하는 경우 각 가스노즐의 가스압을 용탕량에 맞추어 조절하여야 하기 때문에 공정제어가 복잡해지는 단점이 있다.Although it is possible to make the growth rate of the billet uniform by increasing the melt flow rate of the spray located at the edge of the billet, in this case, the process pressure is complicated because the gas pressure of each gas nozzle must be adjusted according to the melt amount.
본 고안의 경우 용탕 오리피스(101) 및 가스노즐(110), (120)을 동일한 규격으로 사용하기 때문에 공정제어 또한 매우 간단하게 이루어진다.In the present invention, since the molten orifice 101 and the gas nozzles 110 and 120 are used in the same standard, the process control is also very simple.
가스노즐의 개수를 증가시켜서 주사식 분무주조 장치에서 제조가 어려운 대구경의 빌렛을 제조할 수 있다. 가스노즐의 설치갯수는 턴디쉬(100) 밑변의 공간에 의해서 제한되는 것으로 위치를 적절하게 배치하여 3개 이상의 가스노즐을 장착할 수 있다.By increasing the number of gas nozzles, it is possible to produce large diameter billets that are difficult to manufacture in an injection spray casting apparatus. The number of gas nozzles to be installed is limited by the space at the bottom of the tundish 100 so that three or more gas nozzles can be mounted by appropriately arranging the positions.
상술한 바와 같이 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치에 의하면, 가스분무기를 스캔하지 않고도 봉상성형체를 제조할 수 있어 그 공정제어가 용이하고, 종래의 기술로는 제조하기가 곤란한 대구경 빌렛의 제조가 용이하며, 다수의 용탕 오리피스를 적용함으로서 작업생산성을 향상시킬 수 있는 실용상의 우수한 효과를 가진다.As described above, according to the multi-nozzle gas spraying device for spray casting according to the present invention, it is possible to manufacture a rod-shaped body without scanning the gas sprayer, and thus the process control is easy, and the large diameter billet which is difficult to manufacture by the conventional technology. It is easy to manufacture, and by applying a plurality of molten orifices has an excellent practical effect that can improve the work productivity.
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